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共轴双脉冲激光诱导击穿光谱等离子体辐射信号的增强机制 被引量：2
1
作者 赵芸怡 宋震 +5 位作者 王俊霄 张雷 马维光 董磊 尹王保 贾锁堂 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第13期2029-2039,共11页
双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)在痕量元素的高灵敏探测中发挥着重要作用,有关其信号增强机制已存在有诸多解释,但有必要进一步从等离子体辐射荧光特性、等离子体温度和数密度的空间分布等方面开展深入探讨。构建了基于激光热烧蚀和... 双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)在痕量元素的高灵敏探测中发挥着重要作用,有关其信号增强机制已存在有诸多解释,但有必要进一步从等离子体辐射荧光特性、等离子体温度和数密度的空间分布等方面开展深入探讨。构建了基于激光热烧蚀和二维轴对称流体动力学的理论模型,并用它模拟了单脉冲LIBS和共轴双脉冲DP-LIBS激发条件下激光烧蚀铝镁合金产生等离子体及其辐照度的时空演化过程,对比了不同脉冲间隔下谱线强度的增强效果,分析了等离子体温度、各类粒子数密度的空间分布结构以及等离子体的屏蔽效应,并由此阐释了DP-LIBS的光谱信号增强机制。结果表明,共轴DP-LIBS诱导等离子体辐射信号的增强主要源于第二束激光增加了粒子数密度和等离子体温度,而等离子体的屏蔽效应主要出现在靶材表面的羽流层。这一研究为DP-LIBS实验研究和信号增强溯源提供了重要的理论基础,也能够帮助科研人员快速准确地优化DP-LIBS实验装置参数。 展开更多
关键词 激光诱导等离子体 辐射流体动力学模型 双脉冲激光诱导击穿光谱 激光烧蚀 信号增强机制
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NIRS-XRF联用的煤炭发热量高稳定检测 被引量：5
2
作者 宋健超 张雷 +2 位作者 马维光 尹王保 贾锁堂 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第13期1880-1889,共10页
实时获知煤炭发热量对于及时调整电站锅炉风粉配比和提高煤炭燃烧效率具有重要意义,为了实现电力生产中发热量的稳定快速检测,提出了一种近红外光谱(Near Infrared Spectroscopy, NIRS)与X射线荧光光谱(X-ray Fluorescence, XRF)联用的... 实时获知煤炭发热量对于及时调整电站锅炉风粉配比和提高煤炭燃烧效率具有重要意义,为了实现电力生产中发热量的稳定快速检测,提出了一种近红外光谱(Near Infrared Spectroscopy, NIRS)与X射线荧光光谱(X-ray Fluorescence, XRF)联用的煤炭发热量高稳定检测方法,它结合了NIRS能高稳定检测煤中与发热量正相关的有机基团的优势与XRF能高稳定检测与发热量负相关的成灰元素的特点,大大提高了对煤炭发热量的测量重复性。在光谱预处理中,先将两套光谱融合作为偏最小二乘回归的输入变量进行全谱初步建模,依据回归系数选择NIRS光谱中的有效波段,再将它与XRF光谱中的成灰元素谱线一并融合进行归一化处理。建模时将预处理后的融合光谱数据作为输入变量,利用偏最小二乘回归对煤炭发热量进行建模。实验结果表明,NIRS-XRF联用方法对定标集煤样发热量预测的线性相关度系数(R^(2))为0.995,对验证集煤样发热量预测的最小均方根误差、平均相对误差和标准偏差分别为0.24 MJ/kg,0.61%和0.05 MJ/kg,测量重复性满足小于0.12 MJ/kg的国家标准。NIRS-XRF联用的煤炭发热量高稳定检测方法有望推广应用于火力发电、煤化工、冶金、水泥和焦化等“高碳”行业,助力我国按期实现碳中和目标。 展开更多
关键词 近红外光谱 X射线荧光光谱 光谱融合 煤炭发热量 高稳定检测
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基于NICE-OHMS技术进行大气压气样直接检测的理论分析 被引量：1
3
作者 周月婷 赵刚 +8 位作者 刘建鑫 郭松杰 马维光 薛书杭 董磊 张雷 尹王保 肖连团 贾锁堂 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期706-711,共6页
噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术(NICE-OHMS)是目前世界上最灵敏的激光吸收光谱技术,其在低压环境中具有极高的探测灵敏度。然而当测量样品处于大气压时,NICE-OHMS系统的探测灵敏度会大幅下降。主要原因之一是大气压下获取最大NICE-O... 噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术(NICE-OHMS)是目前世界上最灵敏的激光吸收光谱技术,其在低压环境中具有极高的探测灵敏度。然而当测量样品处于大气压时,NICE-OHMS系统的探测灵敏度会大幅下降。主要原因之一是大气压下获取最大NICE-OHMS信号幅度的条件与低气压下不同。通过对大气压NICE-OHMS理论进行分析,分析了影响信号幅度的参数,并通过数值模拟来寻找最佳的实验条件。本文着重讨论影响信号的主要参数包括光学腔腔长L,调制系数β,探测相位θ。其中,由于在NICE-OHMS中使用DeVoe-Brewer技术将调制频率ν_m锁定到Fabry-Parot(FP)腔的自由光谱区(FSR)。因此FP腔的腔长决定了ν_m,同时还作用于信号幅度S■。模拟结果显示,当腔长增大时,由于ν_m随之减小,载波和边带的光谱成分相互重叠部分增大,因此线型函数的幅度逐渐减小。而吸收信号幅度随着腔长的增加而逐渐增加,色散信号幅度先增大后减小,并且在腔长等于8 cm时达到最大值。调制系数β会影响频率调制后激光载波和边带的幅度大小,并且影响信号线型。随着腔长的增加,最大信号幅度对应的β值也随之增加。在相同腔长下,色散信号的最佳β值小于吸收信号,更容易使用电光调制器实现。最后分析了参数的可实现性,分析了不同种类激光器的频率调谐能力,压电陶瓷的扫描宽度等。以乙炔气体为例,大气压下NICE-OHMS的谱线半宽达到~3 GHz,而光谱覆盖范围大于10 GHz。分布反馈式半导体激光器(DFB)与外腔二极管激光器(ECDL)的频率调谐范围可以达到30 GHz以上,但是由于激光线宽宽,得到的PDH锁定性能欠佳。回音壁模式激光器(WGM)和掺饵光纤激光器(EDFL)线宽为百Hz量级,是目前高灵敏NICE-OHMS系统中常用的光源。但是WGM目前可以实现了5 GHz的激光频率调谐范围,而EDFL的外部电压可控制的调谐范围仅为3 GHz。使用精细度为55000的腔进行模拟,调制系数β=1,腔长大于8 cm时,可使用WGM激光器实现,腔长大于25 cm时,可以使用EDFL激光器实现。而对于在设计光学腔中常用的伸缩长度为25μm的PZT,随着腔长的增加,对应的腔模频移范围逐渐减小,在腔长为典型的40 cm时,扫描范围大于12 GHz。 展开更多
关键词 NICE-OHMS 大气压样品 理论模拟 数值分析 Fabry-Perot腔
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基于医用光子晶体光纤泵浦脉冲优选光学相干断层成像光源的研究 被引量：4
4
作者 田激杨 杨光晔 +1 位作者 王三丹 元晋鹏 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期33-41,共9页
采用分步傅里叶方法模拟皮秒泵浦脉冲在正常色散医用光子晶体光纤中超连续谱的产生,研究泵浦脉冲中心波长、峰值功率、宽度和形状对超连续谱特性的影响,优选泵浦脉冲光源的参数用于光学相干断层成像,提高其纵向分辨率和成像质量。结果表... 采用分步傅里叶方法模拟皮秒泵浦脉冲在正常色散医用光子晶体光纤中超连续谱的产生,研究泵浦脉冲中心波长、峰值功率、宽度和形状对超连续谱特性的影响,优选泵浦脉冲光源的参数用于光学相干断层成像,提高其纵向分辨率和成像质量。结果表明:对于泵浦中心波长为1.06μm、1.31μm和1.55μm的医用光子晶体光纤,在相同参数下,1.55μm泵浦脉冲产生的带宽较宽,1.31μm泵浦脉冲获得的纵向分辨率较小;对于1.55μm的医用光子晶体光纤,当选取的双曲正割型泵浦脉冲峰值功率为20.5 W,脉冲宽度为2 ps时,可获得的纵向分辨率为5.0μm,当选择峰值功率为18 W,脉冲宽度为0.5 ps时,可获得的纵向分辨率为3.7μm;超高斯型泵浦脉冲比高斯型、双曲正割型和啁啾高斯型泵浦脉冲更易获得较宽、较平坦的超连续谱光源。 展开更多
关键词 光纤光学 光子晶体光纤 泵浦脉冲参数 超连续谱 光学相干断层成像 纵向分辨率
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等离子体温度和谱线强度综合校准的CF-LIBS定量分析合金成分 被引量：2
5
作者 张雷 赵书霞 +5 位作者 孙颖 尹王保 董磊 马维光 肖连团 贾锁堂 《中国科学：物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2018年第1期116-122,共7页
合金成分直接决定其机械性能和应用领域,对合金中各元素含量的准确、快速检测,对于冶金生产质量控制和材料分类意义重大.本文提出了一种基于等离子体温度和谱线强度综合校准的自由定标激光诱导击穿光谱(CF-LIBS)定量分析方法,选用一个... 合金成分直接决定其机械性能和应用领域,对合金中各元素含量的准确、快速检测,对于冶金生产质量控制和材料分类意义重大.本文提出了一种基于等离子体温度和谱线强度综合校准的自由定标激光诱导击穿光谱(CF-LIBS)定量分析方法,选用一个与待测样品基质相同的标准样品,通过二阶迭代计算来对比不同等离子体温度和谱线强度校准系数所对应的元素含量标准误差和,寻找最小标准误差和,优化等离子体温度和次量元素谱线强度校准系数,从而建立定量分析模型,实现对待测样品中主次量元素含量的精确定量分析.基于铜铅合金的检测结果表明,本方法对样品中主量元素Cu,Zn和次量元素Pb的相对测量误差分别为4.4%,6.2%和17.7%,远优于常规CF-LIBS方法.本文提出的新方法有助于推进CF-LIBS技术在冶金生产质量监控和材料鉴别分类中的应用. 展开更多
关键词 自由定标激光诱导击穿光谱 元素定量分析 综合校准
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